浅谈《材料力学》的兴趣培养

2012-08-02陈俊旗

河南建材 2012年6期

白杨陈俊旗

河南工业大学土木建筑学院（45000 1）

1 《材料力学》教学现状

《材料力学》是一门专业基础课，是连接基础课和专业课的重要桥梁。尤其对于机械类专业的学生而言，材料力学是考研的专业课程之一，其重要性不言而喻。《材料力学》的课程特点是概念多、公式多、实验多，内容琐碎而枯燥，容易形成教师不好讲、学生不愿学、教学效果差的恶性循环。

捷克著名教育学家夸美纽斯说:“教育是一种教起来使人感到愉快的艺术，就是说，它不会使教员感到烦恼，或是学生感到厌恶，它能使教员和学生全都得到最大的快乐”。[1]

如果在授课过程中能积极培养学生对《材料力学》的兴趣，必然使学生由被动地听转变为主动地学，并形成一种轻松愉悦的课堂氛围，师生都将乐在其中。通过借鉴他人的教改成果[2]并结合本人的教学经验,现提出以下三种培养学习兴趣的浅见，以作抛砖引玉之用。

2 培养学习兴趣的方法

2.1 开篇设疑

平铺直叙地介绍课本知识显然没有先设疑再解答的方式更引人入胜，因此可以从以下两部分着手:即绪论部分的总体设疑和各章内容的分别设疑。

绪论部分主要介绍了材料力学的任务和一些基本概念、基本方法和基本假设，如果在介绍完课本知识后能将生活和工程中的实例作为问题提出来，并让学生在以后的学习中慢慢寻找答案，就会使学生以一种好奇渴望的心态去学习《材料力学》。例如,为什么梁的横截面是竖着放而不是横着放的?一张纸在折叠前后的承重能力和变形情况为什么有显著的差异?自行车的主要承重构件为什么用空心钢管而不用实心钢管?自行车、电动车和汽车在和障碍物发生水平碰撞时的冲击力分别有多大?

各章内容的分别设疑是指在讲解每一章的内容时应先通过具体的实例提出问题，从而引出要介绍的章节内容，然后介绍一些相应的工程背景或力学发展简史,已达到激发学生兴趣的良好效果。例如压杆稳定这一章就可以通过细长钢板条（塑性材料）和松木板条（脆性材料）的受压试验提出问题：为什么在强度满足的情况下构件会发生失效?引导学生分析思考后就能得到答案:因为引起构件失效的原因除了强度、刚度以外还有稳定性，自然而然引出了本章主题——压杆稳定。

2.2 提高课堂参与度

在课堂授课过程中一般都是以教师为主体，学生的参与度较低，从而导致课堂气氛沉闷而缺乏活力，自然无法提起学生的学习兴趣。要提高学生的课堂参与度，可以试着让学生变成小老师。例如，在每节课开始时请学生为大家总结上一节课的主要内容,或是在习题课上请学生讲解做过的作业，不足之处再由老师修正完善。让学生作总结既可以使他们养成课后复习的好习惯，也锻炼了他们的总结概括能力和在公众场合下的表达能力，可谓一举三得。由学生讲解课后作业还可以起到预防抄袭作业的目的。

除此之外,《材料力学》课本上每章都有思考题，特别有助于学生对概念的深层理解。因此可以在讲完相应的知识点后挑一些典型的思考题放在课堂上讨论，让同学们通过积极讨论活跃课堂气氛，变被动听讲为主动思考,从而大大提高听课效率，杜绝了“课上一听就懂，课下一做就错”的现象。

2.3 介绍趣味力学现象

学生们都喜欢听老师讲故事、讲笑话，这也是老师调节课堂气氛和调动学生情绪的有效手段。如果把一些趣事与材料力学知识联系起来讲，不仅使学生更爱听课，也锻炼了他们利用所学知识分析解决问题的能力。

例如，在讲完材料拉压时的力学性能、轴向拉（压）杆的应变能和应力集中这些知识点后，就可以引导学生从力学的角度来分析唐代诗人卢纶的《塞下曲》:“林暗草惊风，将军夜引弓。平明寻白羽，没入石棱中。”诗中所描述的将军引弓而“灭矢饮羽”是否可能?这个问题需要从两方面进行分析，可以培养学生分析问题的全面性。

1）射箭的过程中，射手的臂力使弓和弦变形，变形了的弓积蓄了应变能，然后应变能通过弓弦转化为箭的动能，使箭飞向目标。弓的变形越大，箭的初动能也越大。箭的初动能在飞行过程中，因克服空气阻力和发声（转化为声能）将有所损耗。以现代武器来比拟，加农炮炮身长为口径的40倍以上，炮弹出膛的平均速度在700 m/s以上（声音在空气中的传播速度为340 m/s），是音速的2倍多，同时炮弹从膛线获得每分钟几千转的高转速。炮弹的平动动能加上转动动能就足以摧毁装甲车。虽说岩石远不及钢甲坚固，但由粗略的推算可知，不会旋转的箭必须以接近音速的速度飞行，才能以足够大的动能撞向岩石，这是人的臂力无法达到的。

2）从材料的力学性能来看，岩石类的脆性材料受较大外力作用后易出现崩裂现象，另外岩石表面和内部往往有许多孔隙与裂缝。当岩石受到外压时，这些孔隙周围会出现“应力集中”现象，更容易崩裂。因此，即使箭有足够大的动能，也不会在岩石上钻一个洞没入其中。

所以，如果动能不足，箭会“遇石而坠”；如果动能足够，也只会“箭到处，碎石纷飞”。

3 教学效果与体会

在教学过程中通过上述三种方式的实施，使学生对《材料力学》这门课产生了浓厚的兴趣，对学好这门课也充满了信心，并且在讨论分析的过程中达到了学以致用的目的。与单纯地照本宣科相比，这样的教学方式深受学生喜爱，也取得了较好的学习效果，主要体现在以下三方面（见图1，数据来源于2009、2010年度《材料力学》课程的平时成绩和试卷成绩）:

1）到课率显著提高，不再需要利用点名的方式督促学生按时上课。

2）听课效率高，课堂气氛活跃，师生间能形成良好的互动。

3）总体考试成绩明显提高，优良比例提升，不及格率大大降低。